JP2700779B2 - mechanical seal - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば石油精製や石
油化学工程における流体処理に用いられるポンプなどの
ような各種流体処理用の回転流体機器の軸封装置として
使用されるメカニカルシールに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mechanical seal used as a shaft sealing device of a rotary fluid machine for various fluid treatments such as a pump used for fluid treatment in a petroleum refining or petrochemical process. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来一般に、この種のメカニカルシール
として、たとえばプレスインタイプの回転密封環を用い
たものが知られている。このメカニカルシールは、図７
に示すように、回転軸１０１が貫通されたケーシング１
０２の内周側にその軸方向の一端に密封端面１０３ａを
有する静止密封環１０３を保持させる一方、上記密封端
面１０３ａに摺接可能な密封端面１０４ａを有する回転
密封環１０４を上記回転軸１０１に一体回転可能で、か
つ、Ｏリング１１０を介して軸方向に摺動可能に外嵌保
持させた金属リテーナ１０５における軸方向一端側の環
状凹部１０５ａに圧入固着（プレスイン）し、上記金属
リテーナ１０５の軸方向他端面１０５ｂに当接させて上
記回転軸１０１に軸方向に移動可能に外嵌させたトルク
伝達部材となるドライブカラー１０８とこのドライブカ
ラー１０８に対して軸方向に所定間隔を隔てて上記回転
軸１０１の外周側に固定したスプリングリテーナ１０６
との間に圧縮コイルスプリング１０７を介装して、その
ばね力によりドライブカラー１０８を介して上記回転密
封環１０４をそれの密封端面１０４ａが静止密封環１０
３の密封端面１０３ａに弾性的に圧接するように軸方向
に移動付勢するとともに、上記金属リテーナ１０５の軸
方向他端面１０５ｂから突設したトルク伝達用ピン１０
９を、上記ドライブカラー１０８の外周側に形成したト
ルク伝達用の溝１０８ａに係合させて、上記回転軸１０
１の回転をドライブカラー１０８、トルク伝達用溝１０
８ａおよびピン１０９を介して金属リテーナ１０５およ
び回転密封環１０４に伝達するように構成したものであ
る。2. Description of the Related Art Conventionally, as this kind of mechanical seal, for example, a type using a rotary seal ring of a press-in type has been known. This mechanical seal is shown in FIG.
As shown in FIG.
A stationary sealing ring 103 having a sealing end face 103a at one end in the axial direction is held on the inner peripheral side of 02, and a rotating sealing ring 104 having a sealing end face 104a slidable on the sealing end face 103a is attached to the rotating shaft 101. The metal retainer 105 is press-fitted and fixed (press-in) into an annular concave portion 105a at one axial end of the metal retainer 105, which is integrally rotatable and axially slidable via an O-ring 110. A drive collar 108 serving as a torque transmitting member which is fitted to the other end surface 105b in the axial direction of the rotary shaft 101 so as to be movable in the axial direction and is spaced apart from the drive collar 108 by a predetermined distance in the axial direction. A spring retainer 106 fixed to the outer peripheral side of the rotating shaft 101
A compression coil spring 107 is interposed between the rotary seal ring 104 and the sealing end face 104a of the rotary seal ring 104 via the drive collar 108 by the spring force.
3 is axially moved and urged so as to elastically press against the sealed end face 103a, and the torque transmitting pin 10 protrudes from the other axial end face 105b of the metal retainer 105.
9 is engaged with a torque transmitting groove 108a formed on the outer peripheral side of the drive collar 108, and the rotating shaft 10
One rotation is performed by the drive collar 108 and the torque transmission groove 10.
The transmission is made to the metal retainer 105 and the rotary seal ring 104 via the pin 8a and the pin 109.
【０００３】上記構成のメカニカルシールにおいては、
回転軸１０１の回転にともないスプリングリテーナ１０
６が一体に回転し、このスプリングリテーナ１０６の回
転がドライブカラー１０８に伝わるとともに、このドラ
イブカラー１０８の回転がトルク伝達用溝１０８ａおよ
びピン１０９を介して上記金属リテーナ１０５に伝達さ
れて回転密封環１０４が回転軸１０１と同方向に一体に
回転駆動される一方、上記コイルスプリング１０７のば
ね力を受けて静止密封環１０３側に移動付勢されている
回転密封環１０４の密封端面１０４ａが上記静止密封環
１０３の密封端面１０３ａに弾性的な圧接状態で摺動し
て、それら密封端面１０４ａ，１０３ａ間に軸封部が形
成されることになり、流体の漏洩が阻止される。In the mechanical seal having the above structure,
With the rotation of the rotating shaft 101, the spring retainer 10
6 rotates integrally, the rotation of the spring retainer 106 is transmitted to the drive collar 108, and the rotation of the drive collar 108 is transmitted to the metal retainer 105 via the torque transmission groove 108 a and the pin 109, and the rotation seal ring is rotated. While the rotating shaft 104 is integrally rotated in the same direction as the rotating shaft 101, the sealing end face 104 a of the rotating sealing ring 104, which is urged toward the stationary sealing ring 103 by the spring force of the coil spring 107, moves toward the stationary sealing ring 103. It slides in a state of elastic pressure contact with the sealing end face 103a of the sealing ring 103 to form a shaft sealing portion between the sealing end faces 104a, 103a, thereby preventing leakage of fluid.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記した構成および軸
封作用を有する従来のプレスインタイプのメカニカルシ
ールにおいては、回転密封環１０４の外周側が金属リテ
ーナ１０５に被われた状態となるので、この回転密封環
１０４に対する冷却効果が悪く、そのために、両密封端
面１０３ａ，１０４ａの圧接状態での摺動により発生す
る熱が蓄積されて回転密封環１０４が著しく温度上昇し
易い。その結果、回転密封環１０４の密封端面１０４ａ
が異常摩耗したり、両密封端面１０３ａ，１０４ａ間か
らの流体漏れが生じやすいといった問題があった。In the conventional press-type of mechanical seal having a configuration and shaft seal effect described above [0008] Since the outer peripheral side of the rotary seal ring 104 is in a state of being covered on the metal retainer 10 5, this cooling effect on the rotary seal ring 104 is poor, because its both sealing end faces 103a, markedly increased in temperature likely that heat is accumulated rotary seal ring 104 which is generated by the sliding in the pressure contact state of 104a. As a result, the sealing end surface 104a of the rotary sealing ring 104
However, there is a problem in that abnormal wear is easily caused, and fluid leakage easily occurs between the sealing end faces 103a and 104a.
【０００５】上記のプレスインタイプの回転密封環を用
いるメカニカルシールの他に、金属リテーナに回転密封
環を焼嵌して固着する焼嵌タイプの回転密封環を用いた
メカニカルシールや、回転密封環の外周側にドライブカ
ラーとの間におけるトルク伝達部をもった補強金属バン
ドを巻回させて両者を一体に締め付け固着してなる補強
バンドタイプの回転密封環を用いたメカニカルシールも
従来から知られているが、これら焼嵌タイプや補強バン
ドタイプの回転密封環を用いたメカニカルシールにおい
ては、使用温度の変動に伴って焼嵌部分や締め付け部分
の保持力が変化するために、密封端面に応力緩和による
歪みの影響を与えて、上述したプレスインタイプのもの
と同様に密封端面間からの流体漏れを発生しやすい。[0005] In addition to the mechanical seal using the press-in type rotary seal ring, a mechanical seal using a shrink-fit type rotary seal ring that is shrink-fitted to a metal retainer and fixed thereto, and a rotary seal ring. A mechanical seal using a rotating band of a reinforcing band type, in which a reinforcing metal band having a torque transmitting portion between the drive collar and the drive collar is wound around the outer periphery of the band and fastened and fixed together, has been conventionally known. However, in the mechanical seal using the shrink-fit type or the reinforcing band type rotary seal ring, the holding force of the shrink-fit portion or the tightened portion changes with the change of the operating temperature, so the stress on the sealing end face With the influence of strain due to relaxation, fluid leakage easily occurs between the sealing end faces, similarly to the press-in type described above.
【０００６】また、スラリー液のように流体中に固形物
が含有されている場合は、使用するうちに、上記固形物
が金属リテーナ１０５とドライブカラー１０８との間に
入り込んで堆積したり、その堆積した固形物が回転密封
環１０４の温度上昇にともなって凝固してスティック現
象を生じやすくなり、その結果、回転密封環１０４の摺
動特性が低下して密封端面１０３ａ，１０４ａの摩耗に
対する追従性が悪化し、上記密封端面１０３ａ，１０４
ａ間に隙間が生じてシール不良を来たし、流体漏れにつ
ながるといった問題もあった。[0006] In addition, solid substances such as slurry liquid
It is when is contained, while the use, the solid
There or enter in deposited between the metal retainer 105 and drive collar 108, becomes prone to stick phenomenon solids was the deposited solidifies as the temperature rise of the rotary seal ring 104, as a result, the rotary seal ring The sliding characteristics of the sealing end faces 103a, 104a deteriorate due to the deterioration of the sliding characteristics of the sealing end faces 103a, 104a.
There is also a problem that a gap is generated between a and a seal failure occurs, leading to fluid leakage.
【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、回転密封環に対する冷却効果を高めて異常摩耗の発
生などをなくし、シール性能および寿命の大幅な向上を
図ることができ、さらに流体中の固形物などの堆積を防
止してシール性の信頼性を一層高めることができるメカ
ニカルシールを提供することを目的としている。[0007] The present invention has been made in view of the above circumstances, and can enhance the cooling effect on the rotating seal ring to eliminate the occurrence of abnormal wear and the like, greatly improve the sealing performance and life, and further improve the fluid performance. It is an object of the present invention to provide a mechanical seal capable of preventing solid matter and the like from accumulating and thereby further improving the reliability of the sealing property.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るメカニカルシールは、回転軸が貫通す
るケーシングの内周側に保持された静止密封環と、上記
静止密封環における軸方向一端の密封端面に摺接する密
封端面を有し、上記回転軸の外周側に一体回転可能に保
持された回転密封環と、上記回転密封環における密封端
面とは軸方向で反対側の端面に対応して上記回転軸にそ
の軸方向に移動可能に保持されたトルク伝達部材と、こ
のトルク伝達部材と上記回転軸に固定されたスプリング
リテーナとの間に介装されて、上記回転密封環を静止密
封環側に移動付勢するスプリングとを備え、上記回転密
封環自体にトルク伝達用の凹部を形成するとともに、こ
の凹部に係合するトルク伝達用突起部を上記トルク伝達
部材に形成し、かつ、上記トルク伝達部材における上記
回転密封環との対向面に、その径方向に沿って縦断する
流体流通用の溝が周方向に複数個設けられているもので
ある。In order to achieve the above object, a mechanical seal according to the present invention comprises a stationary sealing ring held on the inner peripheral side of a casing through which a rotating shaft passes, and a shaft in the stationary sealing ring. A rotary sealing ring that has a sealing end surface that is in sliding contact with the sealing end surface at one end in the direction, and that is rotatably held integrally with the outer peripheral side of the rotary shaft; and a sealing end surface of the rotary sealing ring that is on the opposite end surface in the axial direction. Correspondingly, the rotary shaft is interposed between the torque transmitting member held movably in the axial direction of the rotary shaft and a spring retainer fixed to the rotary shaft. A spring for moving and biasing the stationary sealing ring side, forming a torque transmitting recess on the rotary sealing ring itself, and forming a torque transmitting projection engaging with the concave on the torque transmitting member ; Or The in the torque transmission member
Longitudinally along the radial direction on the surface facing the rotating seal ring
A plurality of fluid circulation grooves are provided in the circumferential direction .
【０００９】上記構成のメカニカルシールにおいて、上
記トルク伝達用凹部は、請求項２のように、回転密封環
自体の外周面に形成されていることが好ましい。 [0009] In the mechanical seal of the above arrangement, the torque transmitting recesses, as according to claim 2, preferable to be formed on the outer peripheral surface of the rotary seal ring itself arbitrarily.
【００１０】また、請求項３のように、上記トルク伝達
部材における回転密封環との対向面に設けられた溝の内
周縁部に回転密封環側ほど回転軸の外周面との間の間隔
が大きくなるような傾斜面又は円弧面を形成することが
望ましく、さらに、請求項４のように、上記スプリング
リテーナにおけるばね座壁に流体循環用の孔を形成する
ことが好ましい。 Further, as claimed in claim 3, the spacing between the outer peripheral surface of the rotating shaft on the inner periphery as the rotary seal ring side of the groove provided on the surface facing the rotary seal ring in the torque transmission member it is desirable to form the larger such inclined surface or arcuate surface, in addition, as claimed in claim 4, it is preferable to form a hole for fluid circulation in the spring seat wall in the spring retainer.
【００１１】[0011]
【作用】この発明によれば、回転密封環自体にトルク伝
達部材に形成したトルク伝達用突起部に係合するトルク
伝達用凹部を形成して、トルク伝達部材から回転密封環
へのトルク伝達のための金属リテーナの使用を省略した
構成としたので、従来のように、金属リテーナに回転密
封環をプレスインしたプレスインタイプや焼嵌した焼嵌
タイプのものに比べて回転密封環を構成する熱伝導率の
よい材料の特性を有効に活用して該回転密封環の密封端
面と静止密封環の密封端面との摺動にともなって発生す
る熱を効率よく放出させることが可能となる。また、回
転密封環が単体で構成されているので、使用温度の変動
によって密封端面に応力緩和による歪みの影響が現われ
たりすることもなくなる。これによって、回転密封環に
対する冷却効果を高めて、機器の連続運転にかかわらず
回転密封環の温度上昇を抑制して、密封端面の異常摩耗
による回転密封環の使用寿命の低下および流体漏れの発
生などを防止し、確実良好なシール性能を長期にわたっ
て維持させることができる。According to the present invention, the rotary seal ring itself is provided with a torque transmitting concave portion which engages with the torque transmitting projection formed on the torque transmitting member, thereby transmitting torque from the torque transmitting member to the rotary seal ring. The use of a metal retainer for this purpose has been omitted, so that a rotary seal ring is formed as compared with a press-in type in which a rotary seal ring is pressed into a metal retainer or a shrink-fit type in which shrink fitting is performed, as in the related art. By effectively utilizing the characteristics of a material having good thermal conductivity, heat generated due to sliding between the sealed end face of the rotary sealing ring and the sealed end face of the stationary sealing ring can be efficiently released. In addition, since the rotary seal ring is formed as a single unit, the influence of distortion due to stress relaxation does not appear on the sealing end face due to a change in operating temperature. This enhances the cooling effect on the rotary seal ring, suppresses the temperature rise of the rotary seal ring regardless of the continuous operation of the equipment, reduces the service life of the rotary seal ring due to abnormal wear of the sealing end face, and generates fluid leakage. And the like, and good sealing performance can be reliably maintained for a long period of time.
【００１２】その上、トルク伝達部材における回転密封
環との対向面に、その径方向に沿って縦断する流体流通
用の溝を周方向に複数個設けているので、回転運転時に
トルク伝達部材の複数個の溝を介してポンプ作用を生起
させて流体を強制的に循環させることが可能となり、こ
れによって、流体中の固形物が回転密封環の内側などに
堆積したり、凝固したりすることにともなう回転密封環
の摺動特性の低下が改善され、密封端面の摩耗に対する
追従性が良好に保たれることになり、シール性能の一層
の向上が図れるだけでなく、上記ポンプ作用によって回
転密封環に対する冷却効果も助長することができる。 In addition, since a plurality of grooves for fluid circulation extending longitudinally along the radial direction are provided on the surface of the torque transmitting member facing the rotary sealing ring in the circumferential direction, the torque transmitting member can rotate during rotation. It is possible to forcibly circulate the fluid by generating a pumping action through the plurality of grooves, so that solid matter in the fluid is deposited or solidified inside the rotary seal ring or the like. As a result, the deterioration of the sliding characteristics of the rotary seal ring is improved, and the ability to follow the wear of the sealing end face is kept good, so that not only the sealing performance can be further improved, but also the rotary action is performed by the pump action. The cooling effect on the ring can also be enhanced .
【００１３】また、請求項３のように、トルク伝達部材
における回転密封環との対向面に設けられた溝の内周縁
部に傾斜面又は円弧面を形成する場合は、上記流体中の
固形物を上記溝を通して回転密封環の外周側に円滑に流
動排出させてその固形物の堆積をより軽減することが可
能となり、さらに、請求項４のように、スプリングリテ
ーナのばね座壁に孔を形成する場合は、流体がその孔を
介してより激しく循環流動して、上記固形物などがスプ
リングに付着堆積することによるばね力の低下がなくな
り、これによって、密封端面の摩耗に対する回転密封環
の軸方向への追従移動性をより円滑にして所定のシール
性能を長期に亘って確保することができる。 Further, as according to claim 3, when forming an inclined surface or arcuate surface on the inner peripheral edge portion of the groove provided on the surface facing the rotary seal ring in the torque transmitting member, the solids in said fluid the becomes possible you further reduce the deposition of the solids smoothly to flow discharged to the outer peripheral side of the rotary seal ring through said groove, further, as claimed in claim 4, the hole in the spring seat wall of the spring retainer In the case of forming, the fluid circulates more vigorously through the hole, and the reduction of the spring force due to the solids and the like adhering to and depositing on the spring is eliminated. The follow-up mobility in the axial direction can be made smoother, and the predetermined sealing performance can be secured for a long period of time.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例によるメカニカルシール
を示す縦断側面図、図２は同メカニカルシールの要部の
半截縦断側面図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a mechanical seal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a half vertical sectional side view of a main part of the mechanical seal.
【００１５】図１および図２において、１は回転軸２が
貫通されているケーシングであり、該ケーシング１の内
周側には、その軸方向の一端に密封端面３ａを有する静
止密封環３が保持されており、この静止密封環３の外周
側と上記ケーシング１の内周側との間にはＯリング４が
介設されている。５は上記回転軸２の外周側に該回転軸
２と一体回転可能に保持された回転密封環であり、たと
えばＳｉＣからなり、その軸方向の一端には上記静止密
封環３の密封端面３ａに対応する密封端面５ａが形成さ
れており、また、この回転密封環５の軸方向の他端側の
内周には、上記回転軸２の外周に嵌着されたＯリング６
を格納させる環状空間７（図２）が形成されている。In FIG. 1 and FIG. 2, reference numeral 1 denotes a casing through which a rotating shaft 2 passes. On the inner peripheral side of the casing 1, a stationary sealing ring 3 having a sealing end face 3a at one end in the axial direction is provided. An O-ring 4 is interposed between the outer peripheral side of the stationary sealing ring 3 and the inner peripheral side of the casing 1. Reference numeral 5 denotes a rotary sealing ring which is held on the outer peripheral side of the rotary shaft 2 so as to be integrally rotatable with the rotary shaft 2 and is made of, for example, SiC. A corresponding sealing end face 5a is formed, and an O-ring 6 fitted on the outer circumference of the rotary shaft 2 is provided on the inner circumference at the other axial end of the rotary sealing ring 5.
Is formed in the annular space 7 (FIG. 2).
【００１６】上記回転密封環５における密封端面５ａと
は軸方向で反対側の端面、つまり軸方向の他端面５ｂか
ら所定間隔を隔てた位置の上記回転軸２の外周には、環
状のスプリングリテーナ８がセットねじ９により固定さ
れている。このスプリングリテーナ８の周方向に等間隔
を隔てた複数箇所には、軸方向に沿ったドライブピン保
持孔１０が形成されており、これら各ドライブピン保持
孔１０にはそれぞれドライブピン１１が軸方向に移動自
在に保持されている。１２は上記回転密封環５の軸方向
の他端面５ｂに対応して上記回転軸２の外周に配設され
たトルク伝達部材としてのドライブカラーであり、この
ドライブカラー１２はその周方向の複数箇所で上記ドラ
イブピン１１の先端に螺合されており、こりにより、ド
ライブカラー１２はドライブピン１１に案内される状態
で軸方向に移動可能に構成されている。An annular spring retainer is provided on the end face of the rotary seal ring 5 opposite to the sealing end face 5a in the axial direction, that is, at the outer periphery of the rotary shaft 2 at a predetermined distance from the other end face 5b in the axial direction. 8 is fixed by a set screw 9. A plurality of drive pin holding holes 10 are formed in the spring retainer 8 at equal intervals in the circumferential direction. Drive pin holding holes 10 are formed in the drive pin holding holes 10 along the axial direction. Movably held. Reference numeral 12 denotes a drive collar as a torque transmitting member disposed on the outer periphery of the rotary shaft 2 corresponding to the other end surface 5b of the rotary seal ring 5 in the axial direction. The screw is screwed to the tip of the drive pin 11 so that the drive collar 12 can move in the axial direction while being guided by the drive pin 11.
【００１７】１３は上記スプリングリテーナ８と上記ド
ライブカラー１２との間に介装された圧縮コイルスプリ
ングであり、そのばね力を介して上記回転密封環５を静
止密封環３側に移動付勢させて、両密封環５．３の密封
端面５ａ，３ａ同士を弾性的に圧接させ軸封部を形成す
るようになっている。上記スプリングリテーナ８のばね
座壁８ａの中心部には、図２に示すように、流体循環用
の複数の孔１４が形成されており、回転運転時にはその
孔１４を通して流体の循環移動を起こし易くして、該流
体中の固形物Ｍ（図４）などが上記スプリング１３に付
着堆積することを防止させるようにしている。Reference numeral 13 denotes a compression coil spring interposed between the spring retainer 8 and the drive collar 12, which urges the rotary sealing ring 5 toward the stationary sealing ring 3 through the spring force. Thus, the sealing end faces 5a, 3a of the two sealing rings 5.3 are elastically pressed against each other to form a shaft sealing portion. As shown in FIG. 2, a plurality of holes 14 for fluid circulation are formed in the center of the spring seat wall 8a of the spring retainer 8, and the fluid is easily circulated through the holes 14 during the rotation operation. Then, the solid matter M (FIG. 4) in the fluid is prevented from adhering and depositing on the spring 13.
【００１８】上記回転密封環５の外周面には、その軸方
向の他端面５ｂから一端側に向って延びるトルク伝達用
の複数の凹部１５が周方向に等間隔を隔てて複数個形成
されている。また、上記ドライブカラー１２における回
転密封環５との対向面１２ａには、図３に示すように、
その周方向に等間隔を隔てて複数の先端曲面状のトルク
伝達用突起部１６が軸方向の一方に向けて突設されてお
り、これら突起部１６を上記回転密封環５の外周面に形
成のトルク伝達用の凹部１５にそれぞれ係合させること
により、ドライブカラー１２から回転密封環５へのトル
ク伝達用クラッチ部１７を構成している。On the outer peripheral surface of the rotary seal ring 5, a plurality of recesses 15 for transmitting torque extending from the other end surface 5b in the axial direction toward one end are formed at equal intervals in the circumferential direction. I have. As shown in FIG. 3, on the surface 12a of the drive collar 12 facing the rotary seal ring 5,
A plurality of torque transmitting projections 16 each having a curved surface at the tip thereof are provided at equal intervals in the circumferential direction so as to project toward one side in the axial direction, and these projections 16 are formed on the outer peripheral surface of the rotary seal ring 5. by the recess 15 of the torque transmitting be engaged respectively, constitute the torque transmission clutch 17 from drive collar 12 to the rotary seal ring 5.
【００１９】また、上記ドライブカラー１２における上
記回転密封環５との対向面１２ａには、図３に示すよう
に、径方向に沿って縦断する流体通過用の複数の溝１８
が周方向に等間隔を隔てて形成されているとともに、こ
のドライブカラー１２における上記複数の溝１８の内周
縁部には、図３および図４に示すように、回転密封環５
側ほど回転軸２の外周面との間隔が大きくなるような傾
斜面又は円弧面１９が形成されている。この傾斜面又は
円弧面１９は、円錐状の面取り加工または円弧状加工を
施すことにより形成されている。As shown in FIG. 3, the drive collar 12 has a plurality of fluid passage grooves 18 longitudinally extending in a radial direction on a surface 12a of the drive collar 12 facing the rotary seal ring 5. As shown in FIG.
Are formed at equal intervals in the circumferential direction, and at the inner peripheral edge of the plurality of grooves 18 in the drive collar 12, as shown in FIGS.
An inclined surface or an arc surface 19 is formed such that the distance from the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 increases toward the side. The inclined surface or arcuate surface 19 is formed from particular chamfered or arc-shaped machining conical.
【００２０】上記構成のメカニカルシールにおいては、
回転軸２が回転されると、スプリングリテーナ８ととも
にドライブカラー１２が一体に同方向に回転するととも
に、このドライブカラー１２の回転が突起部１６と凹部
１５からなるトルク伝達用クラッチ１７を経て回転密封
環５に伝達されて該回転密封環５が回転軸２と同方向に
一体回転する。一方、スプリング１３のばね力による回
転密封環５に対する移動付勢力によって回転および静止
密封環５，３の密封端面５ａ，３ａ同士が弾性的な圧接
状態で摺動し、軸封部が形成されて流体の漏洩が防止さ
れている。In the mechanical seal having the above configuration,
When the rotating shaft 2 is rotated, the drive collar 12 rotates together with the spring retainer 8 in the same direction, and the rotation of the drive collar 12 is rotationally sealed via a torque transmitting clutch 17 including a projection 16 and a recess 15. The rotating seal ring 5 is transmitted to the ring 5 and integrally rotates in the same direction as the rotating shaft 2. On the other hand, the sealing end faces 5a, 3a of the rotating and stationary sealing rings 5, 3 slide in an elastically pressed state by the moving urging force of the rotating sealing ring 5 due to the spring force of the spring 13, and a shaft sealing portion is formed. Fluid leakage is prevented.
【００２１】ここで、上記回転密封環５の背部には金属
リテーナが設けられてなく、この回転密封環５自体に、
ドライブカラー１２から直接にトルクが伝達される構成
であるから、該回転密封環５の構成材料であるＳｉＣの
優れた熱伝導特性をそのまま活かして回転密封環５の冷
却性能が高められ、上記両密封端面３ａ，５ａの摺動に
ともなって生起される熱が有効に放出されて、回転密封
環５の温度上昇が抑えられる。このため、上記密封端面
３ａ，５ａの異常摩耗などが確実に防止され、所定のシ
ール性能を長期に亘って確保することが可能である。さ
らに、回転密封環５が単体であるから、使用温度の変動
にともない経時的に密封端面５ａに応力緩和による歪み
が生じたりすることが抑止されて、シール性能の大幅な
向上を図ることができる。Here, no metal retainer is provided on the back of the rotary seal ring 5, and the rotary seal ring 5 itself has
Since the torque is directly transmitted from the drive collar 12, the cooling performance of the rotary seal ring 5 is improved by utilizing the excellent heat conduction characteristics of SiC, which is a constituent material of the rotary seal ring 5, as it is. The heat generated by the sliding of the sealing end faces 3a, 5a is effectively released, and the temperature rise of the rotary sealing ring 5 is suppressed. For this reason, abnormal wear of the sealing end faces 3a and 5a is reliably prevented, and predetermined sealing performance can be ensured for a long period of time. Furthermore, since the rotary sealing ring 5 is a single body, the occurrence of distortion due to stress relaxation on the sealing end face 5a with the lapse of time due to a change in the use temperature is suppressed, and the sealing performance can be greatly improved. .
【００２２】また、スラリー液のように固形物Ｍなどが
含有されている流体が上記回転密封環５とドライブカラ
ー１２との間に入り込んだ場合、上記ドライブカラー１
２に形成されている径方向に沿った溝１８のポンプ作用
で固形物Ｍを含む流体が図４のように、強制的にドライ
ブカラー１２の内周側から外周側へ流出されることにな
るため、上記固形物Ｍなどが回転密封環５の内側に堆積
したり、凝固したりすることがなくなり、その結果、回
転密封環５の軸方向の摺動特性が改善されて、密封端面
３ａ，５ａが摩耗したときの回転密封環５の軸方向の追
従性が良好に保たれ、密封端面３ａ，５ａの圧接状態で
の摺動による高いシール性能を確保させることができ
る。さらに、このとき、上記ドライブカラー１２におけ
る上記対向面１２ａに設けられた溝１８の内周縁部には
面取り加工または円弧状加工による傾斜面又は円弧面１
９が形成されているので、上記流体中の固形物Ｍの上記
溝１８を経ての流動排出性がよくて回転密封環５の軸方
向の追従性が一層良好に保たれる。When a fluid containing a solid matter M, such as a slurry, enters between the rotary seal ring 5 and the drive collar 12, the drive collar 1
The fluid containing the solid matter M is forcibly discharged from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the drive collar 12 as shown in FIG. 4 by the pumping action of the radial groove 18 formed in FIG. Therefore, the solid matter M and the like do not accumulate or solidify inside the rotary seal ring 5, and as a result, the sliding characteristics of the rotary seal ring 5 in the axial direction are improved, and the sealing end faces 3a, The followability of the rotary seal ring 5 in the axial direction when the wear 5a is worn can be kept good, and high sealing performance can be ensured by sliding the sealed end faces 3a, 5a in a pressed state. Further, at this time, the inner peripheral edge of the groove 18 provided on the facing surface 12a of the drive collar 12 has an inclined surface or an arc surface 1 formed by chamfering or arc-shaped machining.
Since the solid material 9 is formed, the solid matter M in the fluid has a good fluid discharge property through the groove 18 and the followability of the rotary sealing ring 5 in the axial direction is further maintained.
【００２３】ところで、上記回転密封環５の冷却性能の
向上により、上記流体中の固形物Ｍの堆積や凝固作用が
軽減されて、上記回転密封環５の軸方向の追従性を助長
させることができると同時に、上記溝１８によるポンプ
作用により、上記の冷却性能を助長させることができ、
これらの相乗作用によって所定のシール性能を一段と高
めることができる。By improving the cooling performance of the rotary seal ring 5, the accumulation and solidification of the solid matter M in the fluid are reduced, and the axial followability of the rotary seal ring 5 is enhanced. At the same time, the above cooling performance can be promoted by the pump action of the groove 18,
By these synergistic actions, the predetermined sealing performance can be further enhanced.
【００２４】なお、上記回転密封環５の構成材料として
は、上記実施例で示したＳｉＣに限らず、Ｓｉ3 Ｎ4 、
ＴｉＣ、ＷＣ、Ａｌ2 Ｏ3 なども好適に使用することが
可能である。The material of the rotary seal ring 5 is not limited to SiC shown in the above embodiment, but may be Si 3 N 4 ,
TiC, WC, Al 2 O 3 and the like can also be suitably used.
【００２５】また、上記実施例では、回転密封環５の外
周面にトルク伝達用凹部１５を形成したが、回転密封環
５の他端面５ｂ側にトルク伝達用凹部を形成する一方、
これに軸方向で対面するドライブカラー１２の軸方向の
一端面にトルク伝達用突起部を形成した構成としてもよ
い。In the above-described embodiment, the torque transmitting recess 15 is formed on the outer peripheral surface of the rotary seal ring 5. However, while the torque transmitting concave portion is formed on the other end surface 5b of the rotary seal ring 5,
Alternatively, a configuration may be employed in which a torque transmitting projection is formed on one end surface in the axial direction of the drive collar 12 facing the axial direction.
【００２６】本出願人は、上記実施例に示したメカニカ
ルシールと従来のプレスインタイプのメカニカルシール
とを試験機に装着して、以下の試験条件によりシール性
能試験を行ない、つぎのような試験結果を得た。 試験条件 シール呼径 φ４０ １３ｗｔ％硼酸水、常温、０．５Ｍｐａ ３６００ｒｐｍ、連続５０ｈｒｓ＋ＯＮ・ＯＦＦ７００回 本発明品：回転密封環がＳｉＣ単体、静止密封環がカーボン 従来品 ：回転密封環が超硬焼嵌、静止密封環がカーボンThe present applicant mounts the mechanical seal shown in the above embodiment and the conventional press-in type mechanical seal on a tester, performs a seal performance test under the following test conditions, and performs the following test. The result was obtained. Test conditions Seal nominal diameter φ40 13 wt% boric acid aqueous solution, normal temperature, 0.5 Mpa 3600 rpm, continuous 50 hrs + ON / OFF 700 times Invention product: Rotary seal ring is SiC alone, static seal ring is carbon Conventional product: Rotary seal ring is cemented hard , Static seal ring is carbon
【００２７】上記シール試験の結果、従来品では、図６
に示すように、ドライブカラー１０８における回転密封
環との対向面１０８ａの内周側に多量の固形物Ｍが付着
していた。これに対し、本発明品では、図５に示すよう
に、ドライブカラー１２における回転密封環との対向面
１２ａに固形物Ｍがほとんど付着しておらず、したがっ
て、回転密封環の軸方向の追従性が良く、優れたシール
性能を発揮できることが判った。As a result of the seal test, FIG.
As shown in the figure, a large amount of solid matter M adhered to the inner peripheral side of the surface 108a of the drive collar 108 facing the rotary seal ring. On the other hand, in the product of the present invention, as shown in FIG. 5, the solid matter M hardly adheres to the surface 12a of the drive collar 12 facing the rotary sealing ring, and therefore, the axial follow-up of the rotary sealing ring. It has been found that the sealability is good and excellent sealing performance can be exhibited.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、回転密
封環自体にトルク伝達部材に形成したトルク伝達用突起
部に係合するトルク伝達用凹部を形成して、トルク伝達
部材から回転密封環へのトルク伝達のための金属リテー
ナの使用を省略した構成としたので、従来のプレスイン
タイプや焼嵌タイプのものに比べて、回転密封環を構成
する熱伝導率のよい材料の特性を有効に活用して該回転
密封環の冷却性能の向上を図ることが可能で、密封端面
同士の摺動にともなって発生する熱を効率よく放出させ
ることができる。また、回転密封環が単体で構成されて
いるので、使用温度の変動によって密封端面に応力緩和
による歪みの影響が現われたりすることもなくなる。し
たがって、機器の連続運転にかかわらず回転密封環の温
度上昇を抑制して、密封端面の異常摩耗による回転密封
環の使用寿命の低下および流体漏れの発生などを防止
し、確実良好なシール性能を長期にわたって維持させる
ことができる。そのうえ、トルク伝達部材における回転
密封環との対向面に、その径方向に沿って縦断する流体
流通用の溝が周方向に複数個設けられているので、回転
運転時にトルク伝達部材の複数個の溝を介してポンプ作
用を生起させて流体を強制的に循環させることが可能と
なり、これによって、流体中の固形物が回転密封環の内
側などに堆積したり、凝固したりすることにともなう回
転密封環の摺動特性の低下を改善して、密封端面の摩耗
に対する軸方向の追従性を良好に保ち、シール性能の一
層の向上を図ることができるだけでなく、上記ポンプ作
用によって回転密封環に対する冷却効果も助長すること
ができるという効果を奏する。As described above, according to the present invention, the rotary seal ring itself is formed with the torque transmitting concave portion which engages with the torque transmitting projection formed on the torque transmitting member, and the rotary member is rotated from the torque transmitting member. The use of a metal retainer for transmitting torque to the seal ring has been omitted. Compared with the conventional press-in type or shrink-fit type, the characteristics of the material with good thermal conductivity that constitutes the rotary seal ring Can be effectively used to improve the cooling performance of the rotary sealing ring, and the heat generated due to sliding between the sealing end faces can be efficiently released. In addition, since the rotary seal ring is formed as a single unit, the influence of distortion due to stress relaxation does not appear on the sealing end face due to a change in operating temperature. Therefore, regardless of the continuous operation of the equipment, the temperature rise of the rotary seal ring is suppressed, preventing the shortening of the service life of the rotary seal ring due to abnormal abrasion of the sealing end face and the occurrence of fluid leakage. Ru can be maintained over a long term. Moreover, the surface facing the rotary seal ring in the torque transmitting member, the groove for fluid flow to longitudinal along the radial direction is kicked plurality set in the circumferential direction, a plurality of torque transmitting member during rotation operation It is possible to forcibly circulate the fluid by generating a pumping action through the groove, thereby causing solids in the fluid to accumulate and solidify inside the rotary seal ring and the like. In addition to improving the sliding characteristics of the rotary seal ring to improve the sliding performance of the rotary seal ring in the axial direction with respect to the wear of the seal end face, the seal performance can be further improved. an effect that the cooling effect can be promoted for.
【００２９】また、請求項３のように、トルク伝達部材
における回転密封環との対向面に設けられた溝の内周縁
部に傾斜面又は円弧面を形成する場合は、上記流体中の
固形物を上記溝を通して回転密封環の外周側に円滑に流
動排出させてその固形物の堆積をより軽減することが可
能となり、さらに、請求項４のように、スプリングリテ
ーナのばね座壁に孔を形成する場合は、流体がその孔を
介してより激しく循環流動して、上記固形物などがスプ
リングに付着堆積することによるばね力の低下がなくな
り、これらによっても、密封端面の摩耗に対する回転密
封環の軸方向への追従移動性をより円滑にして所定のシ
ール性能を長期に亘って一層良好に確保することができ
る。Further, as claimed in claim 3, when forming an inclined surface or arcuate surface on the inner peripheral edge portion of the groove provided on the surface facing the rotary seal ring in the torque transmitting member, the solids in said fluid the makes it possible to further reduce the deposition of the solids smoothly to flow discharged to the outer peripheral side of the rotary seal ring through said groove, further, as claimed in claim 4, forming a hole in the spring seat wall of the spring retainer In such a case, the fluid circulates more vigorously through the holes, and the solid material or the like does not drop in spring force due to adhesion and deposition on the spring. The follow-up mobility in the axial direction can be made smoother, and the predetermined sealing performance can be more favorably secured over a long period of time.
【図１】本発明の一実施例によるメカニカルシールを示
す縦断側面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing a mechanical seal according to an embodiment of the present invention.
【図２】同上実施例におけるメカニカルシールの要部の
半截縦断側面図である。FIG. 2 is a half sectional vertical side view of a main part of the mechanical seal in the embodiment.
【図３】同上実施例におけるメカニカルシールのドライ
ブカラーの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a drive collar of the mechanical seal in the embodiment.
【図４】流体中の固形物の循環流出状況を説明する要部
の縦断側面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional side view of a main part for explaining a circulation outflow situation of a solid matter in a fluid.
【図５】シール試験後の本発明のドライブカラーを示す
正面図である。FIG. 5 is a front view showing the drive collar of the present invention after a seal test.
【図６】シール試験後の従来品のドライブカラーを示す
正面図である。FIG. 6 is a front view showing a conventional drive collar after a seal test.
【図７】従来のメカニカルシールを示す要部の縦断側面
図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional side view of a main part showing a conventional mechanical seal.
１ ケーシング ２ 回転軸 ３ 静止密封環 ３ａ，５ａ 密封端面 ５ 回転密封環 ８ スプリングリテーナ ８ａ ばね座壁 １２ ドライブカラー １３ スプリング １４ 孔 １５ トルク伝達用凹部 １６ トルク伝達用突起部 １８ 溝 １９ 傾斜面又は円弧面 Reference Signs List 1 casing 2 rotating shaft 3 stationary sealing ring 3a, 5a sealed end face 5 rotating sealing ring 8 spring retainer 8a spring seat wall 12 drive collar 13 spring 14 hole 15 torque transmitting recess 16 torque transmitting projection 18 groove 19 inclined surface or arc surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実公 平７−1555（ＪＰ，Ｙ２) 実公 平６−36364（ＪＰ，Ｙ２) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References JP 7-555 (JP, Y2) JP 6-36364 (JP, Y2)
Claims (4)
保持された静止密封環と、上記静止密封環における軸方
向一端の密封端面に摺接する密封端面を有し、上記回転
軸の外周側に一体回転可能に保持された回転密封環と、
上記回転密封環における密封端面とは軸方向で反対側の
端面に対応して上記回転軸にその軸方向に移動可能に保
持されたトルク伝達部材と、このトルク伝達部材と上記
回転軸に固定されたスプリングリテーナとの間に介装さ
れて、上記回転密封環を静止密封環側に移動付勢するス
プリングとを備え、上記回転密封環自体にトルク伝達用
の凹部を形成するとともに、この凹部に係合するトルク
伝達用突起部を上記トルク伝達部材に形成し、かつ、上
記トルク伝達部材における上記回転密封環との対向面
に、その径方向に沿って縦断する流体流通用の溝が周方
向に複数個設けられていることを特徴とするメカニカル
シール。1. A stationary sealing ring held on the inner peripheral side of a casing through which a rotating shaft passes, and a sealing end surface slidingly contacting a sealing end surface at one axial end of the stationary sealing ring, and an outer peripheral side of the rotating shaft. A rotary seal ring held rotatably integrally with the
A torque transmitting member held by the rotating shaft so as to be movable in the axial direction corresponding to an end surface of the rotating sealing ring opposite to the sealing end surface in the axial direction, and fixed to the torque transmitting member and the rotating shaft. A spring interposed between the spring seal retainer and the spring to move and bias the rotary seal ring toward the stationary seal ring side. An engaging torque transmitting projection is formed on the torque transmitting member , and
Surface of the torque transmission member facing the rotary seal ring
The fluid flow grooves running longitudinally along the radial direction
A mechanical seal characterized by being provided in a plurality of directions .
の外周面に形成されている請求項１記載のメカニカルシ
ール。2. The mechanical seal according to claim 1, wherein the torque transmitting recess is formed on an outer peripheral surface of the rotary seal ring itself.
との対向面に設けられた溝の内周縁部に回転密封環側ほ
ど回転軸の外周面との間の間隔が大きくなるような傾斜
面又は円弧面が形成されている請求項１記載のメカニカ
ルシール。3. An inclined surface or an inner peripheral edge portion of a groove provided on a surface of the torque transmitting member facing the rotary seal ring such that a distance from an outer peripheral surface of the rotary shaft increases toward the rotary seal ring. the mechanical seal of claim 1, wherein the arcuate surface is formed.
壁に流体循環用の孔が形成されている請求項１〜３のい
ずれかに記載のメカニカルシール。4. A mechanical seal according to claim 1, holes for fluid circulation is formed in the spring seat wall in the spring retainer.
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1995
- 1995-06-16 JP JP7149931A patent/JP2700779B2/en not_active Expired - Fee Related
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